Las ventajas únicas del microscopio de sonda de barrido.
Cuando la historia llegó a la década de 1980, nació un nuevo instrumento de análisis de superficies: el microscopio de sonda de barrido (STM), que se basaba en la física y se integraba con muchas tecnologías modernas. STM no sólo tiene una alta resolución espacial (hasta 0,1 nm en dirección horizontal, pero mejor que 0,01 nm en dirección vertical), sino que puede observar directamente la estructura atómica en la superficie de la materia, sino que también manipula átomos y moléculas, por lo que imponer la voluntad subjetiva humana a la naturaleza. Se puede decir que el microscopio de sonda de barrido es la extensión de los ojos y las manos humanos y la cristalización de la sabiduría humana.
El principio de funcionamiento del microscopio de sonda de barrido se basa en varias propiedades físicas en el rango microscópico o mesoscópico, y la interacción entre ellas se detecta escaneando la sonda ultrafina con linealidad atómica sobre la superficie de la sustancia estudiada, para obtener la superficie. características de la sustancia estudiada. La principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM radica en las características de la punta de la aguja y los modos de interacción correspondientes de las muestras de la punta de la aguja.
El principio de funcionamiento proviene del principio de túnel de la mecánica cuántica. Su núcleo es una punta de aguja que puede escanear la superficie de la muestra, tiene un cierto voltaje de polarización con la muestra y su diámetro es de escala atómica. Debido a que la probabilidad de formación de túneles de electrones tiene una relación exponencial negativa con el ancho de la barrera V(r), cuando la distancia entre la punta de la aguja y la muestra es muy cercana, la barrera entre ellas se vuelve muy delgada y las nubes de electrones se superponen entre sí. otro. Cuando se aplica un voltaje entre la punta de la aguja y la muestra, los electrones pueden transferirse desde la punta de la aguja a la muestra o desde la muestra a la punta de la aguja a través del efecto túnel, formando una corriente de túnel. Al registrar el cambio de la corriente del túnel entre la punta de la aguja y la muestra, se puede obtener información sobre la morfología de la superficie de la muestra.
En comparación con otras tecnologías de análisis de superficies, SPM tiene ventajas únicas:
(1) Tiene alta resolución a nivel atómico. La resolución de STM en la dirección paralela y perpendicular a la superficie de la muestra puede alcanzar 0.1 nm y 0.01 nm respectivamente, de modo que se puede distinguir un solo átomo.
(2) La imagen tridimensional de la superficie en el espacio real se puede obtener en tiempo real, lo que se puede utilizar para estudiar la estructura de la superficie con o sin periodicidad, y esta observabilidad se puede utilizar para estudiar los procesos dinámicos como la difusión superficial. .
(3) Se puede observar la estructura de la superficie local de una sola capa atómica en lugar de las propiedades promedio de una imagen individual o de toda la superficie, por lo que los defectos de la superficie, la reconstrucción de la superficie, la forma y posición de los adsorbentes de la superficie y la reconstrucción de la superficie causada por los adsorbentes. se puede observar directamente.
(4) Puede funcionar en diferentes entornos, como vacío, atmósfera, temperatura normal, etc., e incluso la muestra se puede sumergir en agua y otras soluciones, sin tecnología especial de preparación de muestras, y el proceso de detección no daña la muestra. . Estas características son especialmente adecuadas para estudiar muestras biológicas y evaluar la superficie de las muestras en diferentes condiciones experimentales, como un mecanismo catalítico heterogéneo, un mecanismo superconductor, monitorear los cambios de la superficie del electrodo durante la reacción electroquímica, etc.
(5) Con la espectroscopía de efecto túnel (STS), se puede obtener información sobre la estructura electrónica de la superficie, como la densidad de estados en diferentes niveles de la superficie, la trampa de electrones de la superficie, el cambio de la barrera de la superficie y la estructura de la brecha de energía. .
